Ursprünglich war das gesamte Innere des Gebäudes eine große Hypostylhalle, die als Gebetsraum genutzt wurde, mit Ausnahme der Räume in der Doppelwand der Quibla. Neben der religiösen Nutzung, zu der die fünf täglichen Gebete und das besondere Freitagsgebet gehörten, wurde die Halle während der Herrschaft von Abderraman I. und seinen Nachfolgern auch als Bildungs- und Schari'a-Zentrum genutzt.

Der Saal war groß und flach und hatte eine Holzdecke, die von einem auf Säulen ruhenden doppelten Bogengang getragen wurde. Diese Bögen unterteilten die ursprüngliche Moschee in elf Schiffe von Norden nach Süden, die später von Almanzor auf neunzehn Schiffe erweitert wurden. Ungefähr 850 Säulen wurden aus Jaspis, Onyx, Marmor, Granit und Porphyr gefertigt. In der Gründungsmoschee wurden alle Säulen und Kapitelle von römischen und westgotischen Gebäuden wiederverwendet, obwohl spätere Erweiterungen, beginnend mit Abderraman II, neue islamische Kapitelle enthielten, die sich aus den römischen entwickelten. Das zum Mihrab führende Kirchenschiff, das bis zur Beendigung der Symmetrie durch Almanzor das zentrale Kirchenschiff war, ist etwas breiter als der Rest, was eine subtile Hierarchie in der Gestaltung der Moschee zeigt. Die doppelte Arkade war eine Innovation, die eine höhere Decke ermöglichte. Sie bestand aus einem Hufeisenbogen im unteren Teil und einem Rundbogen im oberen Teil. Die berühmten rot-weißen Vouten der Bögen wurden vom Felsendom95 inspiriert und erinnern auch an den Aachener Dom, der fast zeitgleich gebaut wurde. Der Hufeisenbogen war auf der iberischen Halbinsel bereits aus der westgotischen Zeit bekannt, z. B. in der Kirche von San Juan de Baños, und wurde in geringerem Maße in den byzantinischen und umayyadischen Regionen des Nahen Ostens verwendet; der islamische Hufeisenbogen entwickelte sich jedoch in einer eigenen, charakteristischeren und raffinierteren Version. Das architektonische System des Doppelbogens der Moschee gilt als eines der innovativsten Merkmale und war Gegenstand vieler Meinungen. Der Hypostylische Saal wurde als "Säulenwald" beschrieben und hat eine ähnliche Wirkung wie ein "Spiegelsaal".

Die ursprüngliche Decke der Moschee bestand aus Holzbrettern und dekorativ geschnitzten und bemalten Balken. Es sind Originalfragmente erhalten geblieben, von denen einige im Hof der Orangenbäume ausgestellt sind. Sie wurden im 19. Jahrhundert entdeckt und ermöglichten es modernen Restauratoren, die Decke in einigen der westlichen Abschnitte der Moschee in ihrem ursprünglichen Stil zu rekonstruieren. Im Gegensatz dazu sind die östlichen Seitenschiffe, die zur Erweiterung von Almanzor gehören, heute mit halbrunden Gewölben aus dem 17. Jahrhundert bedeckt, mit Ausnahme des südlichen Teils, der mit gotischen Gewölben bedeckt ist, die von Hernán Ruiz im 16. An der Außenseite befinden sich mit Ziegeln gedeckte Giebeldächer.